CN103348493A - 改良的光伏器件 - Google Patents

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Abstract

本发明提出了改良的光伏器件(“PV器件”)，更具体是具有多层光伏电池组件(100)和在界面区(410)接合的主体部分(200)并包括中间层(500)、至少一个互连结构构件(1500)、释放部件(2500)、独特的元件几何形状或其任何组合的改良光伏器件。

Description

改良的光伏器件
本发明利用能源部(Department of Energy)资助合同DE-FC36-07G017054下的美国政府支持完成。美国政府在本发明中具有一定权利。
优先权要求
本申请要求2010年12月17日提交的美国临时申请NO.61/424311的申请日的权益，所述申请的内容以其全部内容通过引用并入本文。
技术领域
本发明涉及改良的光伏器件(“PVD”或“PV器件”)，更具体地涉及具有面板形式的多层光伏电池组件和在界面区接合的主体部分并包括至少一个互连构件、至少一个互连结构构件、释放部件、独特的元件几何形状或其任何组合的改良光伏器件。
背景技术
为了成功应用而尝试改良PV器件、特别是整合到建筑结构(例如屋顶板或外墙面层)中的那些器件，应该满足多种标准。PV器件应该耐用(例如耐久，密封对抗湿气及其他环境条件)，并在产品的期望寿命(优选至少10年、更优选至少25年)期间进行防护以免于机械损伤。所述器件应该容易安装(例如类似于常规屋顶板或外墙面层的安装)或更换(例如如果受损的话)。可能希望的是选择有助于满足期望的耐用性要求(例如没有会损害性能的变形)的材料和元件以及设计特征(例如如United Laboratories UL1703标准ISBN0-7629-0760-6和/或依据IEC16646的温度循环试验(TemperatureCycling Test)中公开的)。
为了使得这整个组合件适合消费者需要，以及为了得到市场的广泛接受，所述系统的建造和安装应该是经济的。这可以帮助促进降低的能量产生费用，使得PV技术相对于其他发电手段更具竞争力。
现有技术的PV器件系统可以允许所述器件直接安装到建筑结构上或者它们可以将所述器件固定到建筑物外部(例如屋顶盖板或外贴面)上方的板条、沟槽或“栏杆”(“护栏(stand-offs)”)上。这些系统可能是复杂的，通常不能像常规包覆材料(例如屋顶板或墙板)那样安装，因此安装可能是昂贵的。此外，因为它们看起来不像常规建筑材料，因此它们可能没有视觉上的吸引力。“护栏”可能需要每2-4英尺来安装PV器件。因此，安装成本可能与制品的成本一样高或更高。它们也可能受到与环境条件相关问题的困扰，例如翘曲、褪色和物理性能的劣化。
涉及这种技术的文献中包括以下专利文献：US20080190047(A1)；US4321416；US5575861；US5437735；US5990414；US6840799；EP1744372；US6875914；US5590495；US5986203；US2008/0115822；EP1923920；US7365266；US20070295393 A1；US20070295392 A1；WO 2008/139102；WO 2009/042496；WO2009/042492；WO 2009/042523；WO 2009/042522和美国临时申请61/233,527，其全部为了所有目的通过引用并入本文。
发明概述
本发明涉及解决在上面段落中描述的至少一个或多个问题的PV器件。
因此，按照本发明的一个方面，设想了一种光伏器件，其包括至少：面板形式的三维多层光伏电池组件，其具有至少上表面、底表面和周缘，并包括电池弹性模量值、电池极限伸长率值、电池热膨胀系数值和电池屈服强度值；主体部分组件，其包括主体部分弹性模量值、主体部分极限伸长率值、主体部分热膨胀系数值和主体部分屈服强度值，其中所述主体部分组件至少部分地包围所述三维多层光伏电池组件的周缘和上表面的一部分；和中间层，其由层材料组成并包括层弹性模量值、层极限伸长率值、层热膨胀系数值和层强度值，其中所述中间层至少部分地布置在所述三维多层光伏电池组件与所述主体部分组件之间。
本发明的特征还在于本文中描述的特点之一或任何组合，所述特点例如比主体部分弹性模量或电池弹性模量小至少5％的层弹性模量；层材料选自：丁基橡胶、离聚物、硅橡胶、聚氨酯弹性体、和聚烯烃弹性体，或其复合材料；所述层极限伸长率值比主体部分极限伸长率值、电池极限伸长率值或二者多至少100％；所述层屈服强度值比主体部分屈服强度值和电池屈服强度值低至少5％；所述三维多层光伏电池组件包括至少一个具有外壳的电连接器组件，所述外壳具有外表面并且所述电连接器组件包括连接器弹性模量值、连接器极限伸长率值、连接器热膨胀系数值和连接器屈服强度值；所述中间层至少部分地布置在所述连接器外壳的外表面和主体部分组件之间；所述层弹性模量比主体部分弹性模量、连接器弹性模量或二者小至少5％；所述层弹性模量值在主体部分弹性模量值和电池弹性模量值之间；层热膨胀系数值比主体部分热膨胀系数值和连接器热膨胀系数值高至少10％；层极限伸长率值比主体部分极限伸长率值、连接器极限伸长率值或二者多至少100％；中间层与三维多层光伏电池组件整合，并由封装层形成；中间层的材料当与三维多层光伏电池组件和主体部分粘附时，最小粘附力值为至少2J/m2；中间层的材料与连接器外壳的粘附超过与主体部分组件粘附；所述中间层与三维多层光伏电池组件整合，并由封装层形成，并且与光伏电池组件的粘附超过与主体部分组件的粘附；所述中间层具有防潮性质；包括至少一个释放部件(relieving feature)；包括至少一个互连结构构件；至少所述主体部分由以下构成：具有主体CLTE的主体材料，所述主体部分具有主体下表面部分、主体上表面部分和在上和下表面部分之间延伸并形成主体周缘的主体侧表面部分，其中所述主体部分的至少一部分在界面区与阻挡层周缘的一段邻接；其中(A)与主体部分的所述部分邻接的阻挡层周缘段在所述段内具有圆形的阻挡层周角和/或(B)所述器件还包括至少部分地嵌入所述主体侧表面部分中的电连接器组件的至少一个元件，并且所述连接器组件元件包括连接器组件下表面部分、连接器组件上表面部分以及在上和下表面部分之间延伸并形成连接器组件周缘的连接器组件侧表面部分，其中与界面区最接近的连接器组件周缘具有至少一个圆形的连接器角，并且所述连接器组件与光伏电池层电连通；多层光伏电池组件由以下构成：至少具有阻挡层CLTE的阻挡层和布置在阻挡层周缘内侧的光伏电池层，所述阻挡层包括阻挡层下表面部分、阻挡层上表面部分以及在上和下表面部分之间延伸的阻挡层侧表面部分，所述侧表面部分具有上和下表面部分之间的阻挡层断面和在阻挡层周围延伸的阻挡层周边，其形成阻挡层周缘；所述主体部分由以下构成：具有主体CLTE的主体材料，所述主体部分具有主体下表面部分、主体上表面部分以及在上和下表面部分之间延伸并形成主体周缘的主体侧表面部分，其中所述主体部分的至少一部分在界面区与一段阻挡层周缘邻接；其中所述主体部分包括厚度(“TBR”)约2.5mm至4.0mm的弯曲区域，进一步其中所述弯曲区域的起点离开界面区的距离由大于或等于常数X’*(主体CLTE/阻挡层CLTE)+常数C’限定，其中X’的范围是从1.0至5.0和C’的范围是从1.0至5.0。
应该理解，以上提及的方面和实例是非限制性的，本发明内存在其他方面和实例，如本文中说明和描述的。
附图说明
图1是本发明的说明性PV器件的平面图。
图2A是本发明的说明性PV器件的透视和分解视图。
图2B是本发明的另一个说明性PV器件的透视和分解视图。
图3是本发明的说明性连接器外壳的平面图。
图4A是说明性PV器件的部分平面图，显示了互连构件的示例性位置。
图4B是图4A的剖视图。
图5A是显示了互连构件的另一个示例性位置的说明性PV器件的部分平面图。
图5B是图5A的剖视图。
图6A是显示互连构件的又另一个示例性位置的说明性PV器件的部分平面图。
图6B是图6A的示例性剖视图。
图6C是图6A的另一个示例性剖视图。
图7A是显示互连构件的又另一个示例性位置的说明性PV器件的部分平面图。
图7B是图7A的示例性剖视图。
图7C是图7A的另一个示例性剖视图。
图8是显示互连结构构件的示例性位置的说明性PV器件的平面图。
图9A是显示互连结构构件的另一个示例性位置的说明性PV器件的平面图。
图9B是9A穿过连接器的剖视图，其显示了与层122的界面。
图10是显示互连结构构件的另一个示例性位置的说明性PV器件的部分平面图。
图11A-F是本发明的示例性释放通道(relief channels)(释放部件)的剖视图。
图12是显示释放部件的示例性位置的说明性PV器件的平面图。
图13是显示释放部件的其他示例性位置的说明性PV器件的平面图。
图14是显示层122中的示例性释放部件的说明性PV器件的平面图。
图15是显示释放部件的其他示例性位置的说明性PV器件的平面图。
图16是显示释放部件的其他示例性位置的说明性PV器件的平面图。
图17是本发明的说明性阻挡层的透视图。
图18是图17的平面图。
图19是本发明的另一种说明性PV器件的平面图。
图20是本发明的另一种说明性PV器件的平面图。
图21是在建筑结构上的几种PV器件的侧视图。
图22是本发明的说明性弯曲区域的放大剖视图。
图23是本发明的另一种说明性弯曲区域的放大剖视图。
图24是显示说明性的理想倾斜的侧视图。
图25是显示说明性的非理想倾斜的侧视图。
具体实施方式
本发明涉及如图1所示的改良的光伏器件10(以下称为“PV器件”)，其总体上可以描述为在受到太阳辐射(例如太阳光)时发挥提供电能的功能的多个元件和元件集合的组件。本公开特别关注点和主要焦点是至少包括与主体部分200接合的多层光伏电池组件100(以下称为“MPCA”)的改良PV器件10。在优选实施方式中，通过采用MPCA(和可能的其他元件和组件例如连接器元件)并在至少MPCA部分周围形成(例如通过注塑)主体部分而形成所述PV器件。设想在解决上面背景部分中讨论的一个或多个问题时，元件和元件集合之间的关系(例如至少几何性质和材料性质)特别地重要。本发明中特别关注的是PV器件10所使用的场合，其通常被称为建筑一体化光伏(Building-IntegratedPhotovoltaics)或BIPV。在下文中更详细和专门地公开了各元件和元件集合以及它们的关系。
多层光伏电池组件(MPCA)100
设想MPCA100可以是许多个层及元件/集合的汇集，例如如目前待决的国际专利申请No.PCT/US09/042496中所公开的，所述专利申请通过引用并入本文。MPCA至少含有阻挡层122和光伏电池层110(通常位于阻挡层122周缘的内侧)。设想MPCA100也可以包含其他层，例如封装层和其他保护层。说明性实施例显示在附图中并在下面讨论。示例性MPCA100的分解图显示在图2A和2B中。设想总体MPCA100的厚度MT可以是约1至12mm，优选约2至9mm，并最优选小于约9.0mm。
在功能上，这些封装层及其他保护层可以包括多个不同的层，它们各自用来保护MCPA100和/或将MCPA100连接在一起。各优选的层在下面从“顶部”(例如最暴露于自然环境(elements)的层)向“底部”(例如密切接触建筑物或结构的层)进一步详细描述。一般而言，各个优选的层或片可以是单个层或本身可以包含亚层。
阻挡层122
阻挡层122通常可以起到MPCA100的环境护罩的作用，更特别是起到至少一部分光伏电池层110的环境护罩的作用。阻挡层122优选包含透明或半透明材料，所述材料允许光能通过到达光伏电池层110的光活性部分。这种材料可以是柔性的(例如薄的聚合物薄膜、多层薄膜、玻璃或玻璃复合材料)或刚性的(例如厚玻璃或胶质玻璃例如聚碳酸酯)。所述材料也可以特征在于对湿汽/颗粒的渗透或聚集的抗性。阻挡层122还可以起到过滤一定波长的光的功能，以使得非优选的波长可能不会到达光伏电池。在优选实施方式中，阻挡层122的材料的厚度还在约0.05mm至10.0mm、更优选约0.1mm至4.0mm、并最优选2.5mm至3.5mm的范围内。其他物理特性(至少在薄膜的情况下)可以包括：抗张强度大于20MPa(通过JIS K7127测量)；拉伸伸长率1％或更大(通过JIS K7127测量)；和/或吸水率(23℃，24小时)0.05％或更小(根据ASTM D570测量)；和/或线性膨胀系数(“CLTE”)约5x10-6mm/mm℃至100x10-6mm/mm℃，更优选约10x10-6mm/mm℃至80x10-6mm/mm℃，并最优选约20x10-6mm/mm℃至50x10-6mm/mm℃。其他物理特性(至少在厚玻璃的情况下)可以包括：线性膨胀系数(“CLTE”)约5x10-6mm/mm℃至约140x10-6mm/mm℃，优选约7x10-6mm/mm℃至约50x10-6mm/mm℃，更优选约8x10-6mm/mm℃至约30x10-6mm/mm℃，并最优选约9x10-6mm/mm℃至约15x10-6mm/mm℃。其他物理特性(至少在厚玻璃的情况下)可以包括：密度约2.42g/cm3至约2.52g/cm3，抗张强度为约75至200N/sq.mm之间，抗压强度为500和1200N/sq.mm之间，弹性模量为60-80GP之间a，CLTE为约9x10-6mm/mm℃，和可见光透射率为至少约85％、优选至少约87％，更优选至少约90％。
第一封装层124
在封装层的一个实例中，第一封装层124可以布置在阻挡层122下面，并且通常在光伏电池层110上面。设想第一封装层124可以用作粘合机构，以帮助将相邻层保持在一起。它还应该允许期望量和类型的光能透射到达光伏电池110。第一封装层124还可以发挥补偿相邻层几何形状中的或在那些层之间转换(例如厚度改变)的不规则性的功能。它也可以用来允许层之间因温度变化以及物理移动和弯曲引起的弯折和移动。在优选实施方式中，第一封装层124可以基本由粘性薄膜或网组成，优选EVA(乙烯-乙酸乙烯酯)、热塑性聚烯烃、聚氨酯、离聚物、硅基聚合物或类似材料。该层的优选厚度范围从约0.1mm至1.0mm，更优选约0.2mm至0.8mm，并最优选约0.25mm至0.5mm。
光伏电池层110
本发明中设想的光伏电池层110可以由多个可商购的已知光伏电池构成，或可以选自一些未来开发的光伏电池。这些电池发挥将光能转变为电的功能。光伏电池的光活性部分是将光能转变成电能的材料。可以使用已知能提供该功能的任何材料，包括晶体硅、非晶硅、CdTe、GaAs、染料增敏的太阳能电池(所谓的Gratezel电池)、有机/聚合物太阳能电池或通过光电效应将阳光转换成电的任何其他材料。然而，所述光活性层优选是IB-IIIA-硫属化物层，例如IB-IIIA-硒化物、IB-IIIA-硫化物或IB-IIIA-硒化硫化物。更具体的例子包括铜铟硒化物、铜铟镓硒化物、铜镓硒化物、铜铟硫化物、铜铟镓硫化物、铜镓硒化物、铜铟硫化硒化物、铜镓硫化硒化物和铜铟镓硫化硒化物(所有这些在本文中都称为CIGSS)。这些还可以由式CuIn(1-x)GaxSe(2-y)Sy来表示，其中x是0至1，和y是0至2。优选的是铜铟硒化物和铜铟镓硒化物。本文中还设想了附加的电活性层，例如一个或多个发射(缓冲)层、导电层(例如透明导电层)等等，如本技术领域中已知可用于CIGSS基电池中的。这些电池可以是柔性或刚性的，并具有各种各样的形状和尺寸，但是通常是脆性的并易发生环境退化。在优选实施方式中，所述光伏电池组件110是可以弯曲而没有显著破裂和/或没有显著功能性损失的电池。示例性的光伏电池在多项美国专利和出版物中教导并描述，包括US3767471、US4465575、US20050011550A1、EP841706A2、US20070256734A1、EP1032051A2、JP2216874、JP2143468和JP10189924A，它们为了所有目的通过引用并入本文。
光伏电池层110，例如如图2B中所示，也可以包括电路，例如汇流条(buss bar)111，所述汇流条与所述电池、连接器组件元件300电连接并通常从PV器件10的一侧延伸到另一侧。这个区域可以称为汇流条区域311。
第二封装层126
在封装层的另一个实施例中，第二封装层126通常连接地位于光伏电池层110下方，但是在有些情况下，它可以直接接触顶层122和/或第一封装层124。设想第二封装层126可以起到类似第一封装层的功能，虽然它不一定需要透射电磁辐射或光能。
后板128
在保护层的实施例中，可以有连接地位于第二封装层126下方的后板128。后板128可以充当环境保护层(例如阻止来自上面层的湿汽和/或颗粒物质)。它优选由柔性材料(例如薄的聚合物薄膜、金属箔、多层薄膜或橡胶片)构成。在优选实施方式中，后板128的材料可以是湿汽不能透过的并且厚度还可以在0.05mm至10.0mm、更优选约0.1mm至4.0mm、和最优选约0.2mm至0.8mm的范围内。其他物理特性可以包括：断裂伸长率约20％或更大(通过ASTM D882-09测量)；抗张强度约25MPa或更大(通过ASTM D882测量)；和撕裂强度约70kN/m或更大(按Graves法测量)。优选的材料的例子包括：玻璃板、铝箔、聚(乙烯基氟)(例如，可作为
Figure BPA0000175266430000101
(DuPont的商标)商购的)、聚(对苯二甲酸乙二醇酯)、四氟乙烯和六氟乙烯的共聚物(亦称“FEP”)、聚(乙烯四氟乙烯)、聚(萘二甲酸乙二醇酯)、聚(甲基丙烯酸甲酯)和聚碳酸酯，或其组合。
补充阻挡板130
在保护层的另一个实施例中，可以有连接地位于后板128下方的补充阻挡片130。补充阻挡片130可以充当屏障，从而保护上面的层免于环境条件和物理损伤的影响，所述物理损伤可以由PV器件10所经受的结构的任何特征(例如屋顶盖板的不规则性、突出物体等等)所引起。设想这是任选的层而可以不需要。还设想这个层可以起到与主体部分200相同的功能。在优选实施方式中，补充阻挡板130的材料可以是至少部分地湿汽不能透过的，并且还可以厚度在约0.25mm至10.0mm、更优选约0.5mm至2.0mm和最优选0.8mm至1.2mm的范围内。优选该层表现出断裂伸长率约20％或更大(通过ASTM D882测量)；抗张强度约10MPa或更大(通过ASTM D882测量)；和撕裂强度约35kN/m或更大(按Graves法测量)。优选的材料的例子包括热塑性聚烯烃(“TPO”)、热塑性弹性体、烯烃嵌段共聚物(“OBC”)、天然橡胶、合成橡胶、聚氯乙烯以及其他弹性体和塑性体材料。或者，所述保护层可以由更刚性的材料构成，以便在结构和环境(例如风)负荷下提供额外的遮蔽(roofing)功能。附加的刚性也可能是需要的，以便改善PV器件10的热膨胀系数并在温度波动期间保持期望的尺寸。为了结构性能的保护层材料的例子包括聚合材料例如聚烯烃、聚酯、聚酰胺、聚酰亚胺、聚酯酰胺、聚砜、缩醛、丙烯酸树脂、聚氯乙烯、尼龙、聚碳酸酯、酚树脂、聚醚醚酮、聚对苯二甲酸乙二醇酯、环氧树脂包括玻璃和矿物质填充的复合材料或其任何组合。
以上描述的层可以用多种组合配置或堆叠，但是优选阻挡层122是顶层。另外，设想这些层可以通过许多方法整体接合在一起，所述方法包括但不限于：粘接、热或振动焊接、包覆成型(over-molding)或机械紧固件。
考虑到下面讨论的一些实施方式，为清楚起见，MPCA100可以用另一种方式(作为两部分组件)进一步描述。第一部分，MPCA子组件101，包含MPCA100的所有层(除了阻挡层122之外)，和第二部分是阻挡层122。阻挡层122还可以描述为具有长度“LBL”和宽度“WBL”，例如如图2A中所标记的。优选地，LBL范围是下面讨论的LBP的约0.75至约1.25倍，更优选所述长度在彼此的约5-10％范围之内。还设想MPCA子组件101的总体CLTE(“子组件CLTE”)可以在约30x10-6mm/mm℃至150x10-6mm/mm℃、更优选约50x10-6mm/mm℃至100x10-6mm/mm℃的范围内。
主体部分200
设想主体部分200可以是元件/集合的汇集，但是通常优选是通过将聚合物(或聚合物掺合物)注入模具(有或者没有插入物例如MPCA100或本申请中后面讨论的其他元件(例如连接器元件))而形成的聚合物制品，例如如当前待决的国际专利申请No.PCT/US09/042496中所公开的，所述专利申请通过引用并入本文。主体部分200起到PV器件10的主要结构载体的功能，并应该以符合这种功能的方式来构造。例如，它可以基本起到塑性框架材料的功能。设想主体部分200粘接到MPCA100上的粘附强度应该不低于由热膨胀引起的应力。
设想构成主体部分200的组合物还表现出约0.5x10-6mm/mm℃至约140x10-6mm/mm℃，优选约3x10-6mm/mm℃至约50x10-6mm/mm℃，更优选约5x10-6mm/mm℃至约30x10-6mm/mm℃，和最优选约7x10-6mm/mm℃至约15x10-6mm/mm℃的线性热膨胀系数(“CLTE”)。最理想地，构成主体部分200的组合物的CLTE应该与阻挡层122的CLTE紧密匹配。优选本文中公开的构成主体部分200的组合物的CLTE特征还在于，线性热膨胀系数(CLTE)与阻挡层122的CLTE相差20倍之内，更优选相差15倍之内，更加优选相差10倍之内，甚至更优选相差5倍之内，并最优选相差2倍之内。例如，如果阻挡层122的CLTE为9x10-6mm/mm℃，那么模制组合物的CLTE优选在180x10-6mm/mm℃和0.45x10-6mm/mm℃之间(20倍)；更优选在135x10-6mm/mm℃和0.6x10-6mm/mm℃之间(15倍)；再更优选在90x10-6mm/mm℃和0.9x10-6mm/mm℃之间(10倍)；甚至更优选在45x10-6mm/mm℃和1.8x10-6mm/mm℃之间(5倍)并最优选在18x10-6mm/mm℃和4.5x10-6mm/mm℃之间(2倍)。使构成主体部分200的组合物与阻挡层122之间的CLTE匹配对于温度变化期间使BIPV器件上的热诱导应力最小化而言是重要的，所述热诱导应力可能潜在地导致PV电池的破裂、断裂等等。
对于本文中公开的光伏制品的一些实施方式而言，阻挡层122包括玻璃阻挡层。如果阻挡层122包括玻璃层的话，模制组合物的CLTE优选小于80x10-6mm/mm℃，更优选小于70x10-6mm/mm℃，再更优选小于50x10-6mm/mm℃，和最优选小于30x10-6mm/mm℃。优选，所述新组合物的CLTE大于5x10-6mm/mm℃。
当使用玻璃(作为阻挡层122)时，主体材料的组合物优选断裂伸长率为至少3％，但通常不超过200％。还设想，当不使用玻璃时，所述主体材料的断裂伸长率优选为至少100％，更优选至少200％，再更优选至少300％并且优选不超过500％。在组合物断裂时的拉伸伸长率通过试验方法ASTM D638-08(2008)，在23℃下采用50mm/min的测试速度进行测定。
在优选实施方式中，主体支持部分200可以包含主体材料(基本上由其构成)。这种主体材料可以是填充的或未填充的可模制塑料(例如聚烯烃、丙烯腈丁二烯苯乙烯(SAN)、氢化丁苯橡胶、聚酯、聚酰胺、聚酯酰胺、聚醚酰亚胺、聚酰亚胺、聚砜、缩醛、丙烯酸树脂、聚氯乙烯、尼龙、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚碳酸酯、热塑性和热固性聚氨酯、合成和天然橡胶、环氧树脂、SAN、丙烯酸橡胶、聚苯乙烯或其任何组合)。填料(优选最多约50重量％)可以包括下列一种或多种：着色剂、阻燃(FR)或耐火(IR)材料、强化材料例如玻璃纤维或矿物纤维、表面改性剂。塑料还可以包括抗氧化剂、脱模制、发泡剂及其他常用的塑料添加剂。在优选实施方式中，使用玻璃纤维填料。所述玻璃纤维优选纤维长度(模制之后)的范围是从约0.1mm至约2.5mm，平均玻璃长度范围是从约0.7mm至1.2mm。
在优选实施方式中，所述主体材料(组合物)的熔体流动率为至少5g/10分钟，更优选至少10g/10分钟。所述熔体流动率优选小于100g/10分钟，更优选小于50g/10分钟，和最优选小于30g/10分钟。组合物的熔体流动率按照ASTM D1238-04试验法“挤压式塑性计测量热塑性塑料的熔体流动速率的REV C标准试验法(REV Standard Test Method forMelt Flow Rates of Thermoplastics by Extrusion P1astometer)”2004Conondition L(230℃/2.16kg)测定。本申请中使用的聚丙烯树脂也使用这种相同的试验方法和条件。本发明中的聚乙烯和乙烯-α-烯烃共聚物的熔体流动率利用Condition E(190℃/2.16Kg)测量，通常称为熔体指数。
在所有实施方式中，组合物的挠曲模量为至少200MPa，更优选至少400MPa，最优选至少700MPa。根据MPCA100包括玻璃层的优选实施方式，挠曲模量优选至少1000MPa并且不大于7000MPa。根据第二种实施方式，挠曲模量不大于1500MPa，更优选不大于1200MPa，最优选不大于1000MPa。组合物的挠曲模量通过试验法ASTM D790-07(2007)利用2mm/min的测试速度来测定。设想构成主体部分200的组合物还表现出约25x10-6mm/mm℃至70x10-6mm/mm℃，更优选约27x10-6mm/mm℃至60x10-6mm/mm℃，最优选约30x10-6mm/mm℃至40x10-6mm/mm℃的线性热膨胀系数(“主体CLTE”)。
优选，所述新的组合物特征在于具有电气RTI和机械RTI强度，其各为至少85℃，优选至少90℃，更优选至少95℃，再更优选至少100℃，和最优选至少105℃。
RTI(相对热指数)由在UL746B(2000年11月29日)中详细描述的试验程序来测定。基本上，塑料的关键特性是在试验开始时测量的(例如抗张强度)，然后将样品置于至少四种升高的温度下(例如130、140、150、160摄氏度)，并在几个月中定期测试样品。然后测试关键性能的降低，且从与已验证野外使用的已知材料的比较结果建立工作标准。然后与已知材料相比较确定未知样品的有效寿命。RTI用摄氏度表示。该测试要花最少5000小时来完成，且可能又费时又昂贵。
因为RTI是昂贵而费时的测试，所以对于指导有经验的技术人员选择可用组合物的有用替代是熔点，如通过差示扫描量热术(DSC)测定的。对于在此提示为有用的组合物而言，优选在差示扫描量热分析中所述组合物的相当部分没有在低于160℃的温度下看到熔点，优选整个组合物都没有在低于160℃下看到熔点。差示扫描量热图谱通过试验方法ASTM D7426-08(2008)以10℃/min的加热速率测定。如果相当部分的注塑组合物在低于160℃的温度下熔化，所述组合物当用于PV器件1000中时(特别是当用作BIPV时)，不太可能以功能胜任的足够高等级通过对于电气、机械强度、易燃性和机械冲击的UL RTI测试746B。
设想主体部分200可以有许多形状和尺寸。例如，它可以是正方形、长方形、三角形、卵圆形、圆形或其任何组合。主体部分200还可以描述为具有长度“LBP”和宽度“WBP”，例如如图2A中所标记的，并且分别可以小至10cm和大至500cm或更大。它还可以具有小至约1mm至多达20mm或更大范围内的厚度(t)，所述厚度可以在主体部分200的不同区域中变化。优选地，主体部分200可以描述为具有主体下表面部分202、主体上表面部分204以及在上和下表面部分之间延伸并形成主体周缘208的主体侧表面部分206。
连接器组件
连接器组件的功能在于允许通往和/或来自PV器件10的电连通。这种连通可以结合与光伏电池层110连接的电路，或者可以仅仅经由其他电路促进通过和越过PV器件的连通。所述连接器组件可以由各种元件和集合构成，且本发明的主要焦点涉及与所述PV器件整合(包埋在内)的连接器组件元件300。通常，如图3所示，这种元件300包含聚合物外壳310和伸出到PV器件10中的电导线320，但是也设想了其他构型。构成外壳310的优选材料的例子包括：PBT(聚对苯二甲酸丁二醇酯)、PPO(聚氧化丙烯)、PPE(聚苯醚)、PPS(聚苯硫醚)、PA(聚酰胺)和PEI(聚醚酰亚胺)的聚合化合物或掺合物，并且它们可以有或者没有最多65重量％的填料。设想构成外壳310的组合物还表现出在流动方向上约12x10-6mm/mm℃至100x10-6mm/mm℃，更优选约15x10-6mm/mm℃至80x10-6mm/mm℃，和最优选约20x10-6mm/mm℃至60x10-6mm/mm℃的线性热膨胀系数(“CLTE”)。
设想外壳310可以由多种材料(如上所述)构成，但优选具有例如以下材料特性：拉伸模量至少约0.1GPa，更优选约1GPa，和最优选约10GPa或更大；极限伸长率值约1％，更优选约1.5％，和最优选约2.5％或更大；线性热膨胀系数值约50x10-6mm/mm℃，更优选约30x10-6mm/mm℃，和最优选约20x10-6mm/mm℃。
在这种说明性的连接器外壳310中，所述外壳可以进一步定义为具有连接器组件下表面部分312、连接器组件上表面部分314以及在上和下表面部分之间延伸的连接器组件侧表面部分316。侧表面部分316形成连接器组件周缘316’。侧表面部分316上还可以设置凸缘或凸起318。
在一种实施方式中，设想所述连接器还可以包括锁闭部件(未显示)，其可以在安装时起到将凸和凹的连接器部分确定地闩锁在一起的功能。在连接器外壳310周围布置有中间层500、互连结构构件1500、释放部件2500或其任何组合的情况下，可能是优选的配置。
还设想了如上所述“连接器组件”或“连接器外壳310”可以是位于PV器件10的相同位置中的一些其他元件或物体。在下面章节中讨论的关系也适用于这种其他元件或物体。
中间层500
器件10中可以设置一个或多个中间层。中间层可以发挥帮助控制因MPCA100、主体部分和/或连接器外壳310之间CLTE不匹配而产生的应力/应变。它还可以具有帮助所述器件的总体尺寸稳定性的附加益处，特别是相对于连接器外壳310在期望的温度范围(例如约-40℃至90℃)内的移动。另外，它可以表现出防潮性能，例如在38℃下水蒸汽传输速率优选不大于50g/m2-d。在器件10包括相对隆起的多边形阻挡层122和至少一个外壳310的情况下，它可以起到这两个元件之间的桥梁的功能。
设想中间层500可以包含中间层材料(基本上由其构成)。这种中间层材料优选可以选自可以适合用于这种目的的材料(例如丁基橡胶、离聚物、硅橡胶、聚氨酯弹性体、聚烯烃弹性体)或其复合材料。在一种优选实施方式中，所述层材料由封装层形成，所述密封剂如上所述。
在一种实施方式中，其中该层500被设计成基本上吸收应力，设想中间层500可以由多种材料(如上所述)构成，但优选具有例如以下材料特性：拉伸模量小于约300MPa，更优选小于约50MPa，和最优选约1MPa或更小；极限伸长率值约200％，更优选约500％，和最优选约1200％或更大。
在另一种实施方式中，其中该层500可以同时吸收和转移应力，设想所述中间层500可以是弹性(拉伸或杨氏)模量至少在主体部分200、MPCA100和连接器外壳310中任一种(或所有)的弹性(拉伸或杨氏)模量的至少(加或减)约15％、更优选约10％和最优选约5％以内。在优选实施方式中，所述层的弹性(拉伸或杨氏)模量比主体部分弹性(拉伸或杨氏)模量或电池弹性(拉伸或杨氏)模量小至少5％。还设想，在优选实施方式中，所述层材料的层极限伸长率值超过主体部分极限伸长率值、电池极限伸长率值或二者至少100％。还设想，在优选实施方式中，所述层材料的层屈服强度值比主体部分屈服强度值和电池屈服强度值低至少5％。在限定所述层500的可选方式中，它可以优选以杨氏模量值从约50至5000MPa，更优选从约100至700MPa，和最优选从约150至400MPa为特征。
设想中间层500可以是布置在MPCA100和所述至少一个连接器300之间的独立元件，或者可以围绕连接器300和/或顶层122的部分。层500还可以与MPCA100整合。说明性实施例提供在下面。
互连结构构件1500
器件10中可以设置互连结构构件。互连结构构件1500可以发挥帮助控制由于MPCA100、主体部分和/或连接器外壳310之间CLTE不匹配而产生的应力/应变。它还可以具有协助所述器件总体尺寸稳定性的附加益处，特别是相对于连接器外壳310在期望的温度范围(例如约-40℃至90℃)内的移动。在器件10包括相对隆起的阻挡层122和至少一个外壳310的情况下，它可以起到这两个元件之间的桥梁的功能。
设想所述结构构件1500可以由多种材料构成，但优选由拉伸模量是主体部分的拉伸模量的至少约1.25X、更优选约1.5X和最优选约2X或更大的材料构成。例如，利用无机材料(例如模量可以为约206GPa的钢加固构件)，这个范围可以高达200X。还设想所述互连结构构件可以是拉伸模量几乎等于顶层的拉伸模量或高达其大约4X的材料。在一种优选实施方式中，结构构件1500的拉伸模量是顶层122的拉伸模量的至少约5至30％、更优选约7至20％并最优选约10至15％以内。在优选实施方式中，互连结构构件1500可以包含互连结构构件材料(基本上由其构成)。所述互连结构构件材料优选可以选自玻璃、金属、陶瓷、铝、钢、碳纤维、填充和未填充的聚合物、或其复合材料。
设想所述结构构件1500可以整合到主体中，或可以是布置在MPCA100和所述至少一个连接器300之间的独立元件，或可以与连接器300整合。结构构件1500可以用在存在局部应变的任何地方，以最小化所述应变(例如不仅在MPCA100和连接器之间)。还设想所述结构构件1500可以包括可能帮助自身或器件10的其他元件定位的定位部件。
几何和材料性质的关系
据认为，在构造PV器件10和它的组成元件中使用的材料的选择以及几何和物理性质关系二者对所述系统的总体性能(例如耐用性和将多个PV器件组装在一起的简易性)具有影响。权衡制造简易性、成本和/或产品性能要求之间的需要，可以推动独特的材料选择和元件设计(例如使用至少一个如下所述的互连构件；使用至少一个如下所述的互连结构构件；和/或其中的释放部件2500)。本发明考虑了这些因素并提供了获得期望结果的独特解决方案。
设想可能希望各种元件尽可能合理地与物理性质匹配，以使得整个系统可以协调地工作(例如所有或大部分元件由类似的材料或材料家族构成)。在不能充分达到这个要求的情况下，设想可能需要独特的几何设计部件/元件(例如互连构件；互连结构构件；释放部件，和/或单个元件的几何设计)。特别关注的是主体部分200、MPCA100作为一个整体(并且在一些情况下特别是阻挡层122)及连接器300在材料性质选择上的关系，及彼此的几何关系
MPCA、主体和/或连接器关系
本节集中在MPCA100、主体部分200、和/或连接器外壳310及其中的互连中间层500之间关系的某些方面。所述中间层可以布置在所述面板中或主体部分中，适用于允许光伏器件10在一定温度范围内的受控弹性形变(通常在主体部分200的外表面附近或紧接所述外表面之下)。通常，所述温度范围是从约-40℃至90℃。据认为，这种形变大部分是由于主体部分200(和连接器，如果存在)与MPCA100之间的CLTE差异所致。换句话说，所述中间层提供了耗散和/或引导由CLTE差异引起的应力的机构。还设想相应元件之间的CLTE差异越小，则可能需要中间层500的区域越小(例如尺寸上)或越少。例如，当相应元件之间的CLTE差异大于5％时，据信需要至少一个中间层的区域。
本节还着重于MPCA100、主体部分200和/或连接器外壳310及其中的互连结构构件1500之间关系的某些方面。所述互连结构构件布置在所述面板中或主体部分中，适用于允许光伏器件10在一定温度范围内的受控弹性形变(通常在主体部分200的外表面附近或紧接所述外表面之下)。通常，所述温度范围从约-40℃至90℃。据认为，这种形变大部分是由于主体部分200(和连接器，如果存在)与MPCA100之间的CLTE差异所致。换句话说，所述互连结构构件提供了耗散和/或引导由CLTE差异引起的应力的机构。
本节着重于MPCA100、MPCA子组件101和主体部分200之间关系的某些方面。本文中详述了几个说明性实施例和优选实施方式。本技术领域的技术人员应该认识到，这些实施例不应该是限制性的，本发明考虑了其他可能的构型。
据认为，可能希望控制PV器件10的总体形状，特别是控制主体部分200沿着其宽度WBP的倾斜(或凹曲(cupping))。如图21、24和25所示，当在表面(例如建筑结构451)上，一个PV器件10放置在另一个PV器件10上(或安装在其上)时，凹曲或倾斜可能是重要的考虑因素。
图25是没有凹曲的PV器件10的说明性实施例，它不是理想的。图24显示了以理想的方式凹曲的PV器件10。凹曲454的量(例如距紧接下面结构451的平面或另一个PV器件10的距离一凹曲值)优选范围是从约3.0mm至约30mm，更优选从约5.0mm至25.0mm，最优选从约7.0mm至15mm。
据认为，为了实现制造符合以上讨论的一部分或所有要求的PV器件，可能需要额外的设计考虑。本发明设想在给定前面章节中讨论的材料和几何关系的情况下，包括弯曲区域210可能是有益的。特别注意的是，随着子组件CLTE与主体部分材料CLTE的差异％增加，对弯曲区域的需要增加。这些比率和它们对元件应力的影响在应力负荷的隔离中是重要的。以制造和安装负荷不与因热负荷和材料的相对CLTE造成的应力结合的方式来定位这些区域可能是有利的。这还可以出现在包括关键电气元件(连接器、汇流条等)的器件关键区域处，其不利地影响所述部分的厚度和长度。弯曲区域210的位置和/或构型的实例在下面介绍。设想如果如此需要的话，可以将来自各个实施例的方面的任何或所有组合进行结合。
优选这种弯曲区域的位置非常接近(例如在约25.0mm以内)器件10的紧固位置(或紧固区450)，以使得当它固定(例如用机械紧固件例如钉子452、螺钉等等)到安装面(例如建筑结构451)上时，最上和最下边缘完全与安装面或其他器件接触。据认为，对于屋面器件和光伏器件的很多方面而言，这也许是重要的。例子包括水密封性、抗风压性、在风和振动中的稳定性以及在环境和工作条件下保持在安装面上的统一位置。因此，非常需要具有弯曲区域以使得边缘被适当地预加载以符合这些要求。没有弯曲区域，可能需要过度的力以将所述器件紧固在安装结构上。或者，如果该部分没有足够的抗弯强度或弯曲(或倾斜)不当，就不能保持足够的边缘接触。
在器件10中存在至少一个连接器300的情况下，设想了连接器外壳310和其余的相应元件之间材料性质的关系。在一个优选实施方式中，层弹性(拉伸或杨氏)模量可以至少大约等于、更优选小于并最优选约5％小于框架(主体部分)弹性(拉伸或杨氏)模量、连接器弹性(拉伸或杨氏)模量或二者。在另一个优选实施方式中还设想，层弹性(拉伸或杨氏)模量值可以在框架(主体部分)弹性(拉伸或杨氏)模量值与电池弹性(拉伸或杨氏)模量值之间。在又一个优选实施方式中，层热膨胀系数值至少等于、更优选高于并最优选约10％高于框架(主体部分)热膨胀系数值和连接器热膨胀系数值。在又一个优选实施方式中，层极限伸长率值高于主体部分极限伸长率值、连接器极限伸长率值或二者至少约50％、更优选高于约80％并最优选高于约100％。
设想层材料与它所接触的各种元件粘接，在粘接到三维多层光伏电池组件、主体部分连接器外壳上时，优选的最小粘附力值是至少约0.5J/m2、更优选约1J/m2并最优选约2J/m2。还设想，可能希望的是所述层材料对一个元件的粘附力比对另一个元件大(例如5％或更大)。例如，可能优选中间层的材料与连接器外壳的粘接超过与框架(主体部分)组件的粘接和/或与光伏电池组件的粘接超过与框架(主体部分)组件的粘接。由于水蒸汽向器件10中电气元件的低渗透性的重要性，设想可能优选的是与框架组件(主体部分)以外的元件的粘接。
还设想各个元件之间的CLTE差异越小，可能需要的互连结构构件1500越小(例如尺寸上)或数量越少。例如，当相应元件之间的CLTE差异大于5％时，据认为需要至少一个互连结构构件和/或至少一个释放部件。
设想所述结构构件1500可以直接机械互锁(例如如图9B中所示)到器件10中，可以经由粘合剂体系互锁，或通过其组合。在粘合剂体系的情况下，选择的粘合剂应该具有例如拉伸屈服强度大于连接器300的拉伸屈服强度和主体200的拉伸屈服强度的特性。其他需要的特性可以包括粘合剂体系，所选择的粘合剂具有的粘附强度不低于由热膨胀引起的应力。设想其中布置了粘合剂的元件之间的接合应该是至少单或双搭接接合，或者被设计成使界面应力最小化的任何这样的接合。
本文中详述了几个说明性实施例和优选实施方式。本技术领域的技术人员应该认识到，这些实施例不应该是限制性的，本发明设想其他可能的构型。
在中间层500的第一个实施例中，如图4A-B所示，中间层500布置在主体部分200的外表面204和MPCA100之间，并在连接器300周围延伸和到达阻挡层122的边缘。优选地，所述层500的厚度It至少在紧邻(例如约5.0mm以内)连接器300和层122处是它们相应厚度(Ct，Bt)的至少约50％。
在第二个实施例中，如图5A-B所示，第一中间层部分500在层122上缘周围布置在主体部分200的外表面204和MPCA100之间。第二和第三中间层部分500在连接器300周围延伸。优选地，所述层500的厚度It至少在紧邻(例如约5.0mm以内)连接器300和层122处是它们相应厚度(Ct，Bt)的至少约50％。
在第三个实施例中，如图6A-C所示，第一中间层部分500在层122上缘周围布置在主体部分200与MPCA100之间，并与主体上表面部分204共同延伸。在图6B中，层部分500显示为由封装层124形成。在图6C中，层500是与层124独立的部件和/或材料。在这个实施例中，显示的器件10没有连接器300；如果需要的话，设想可以包括连接器。
在第四个实施例中，如图7A-C所示，第一中间层部分500布置在主体部分200和MPCA100之间，并且完全隔离这两个元件，与主体下表面部分202和主体上表面部分204共同延伸。在图7B中，层部分500显示为由封装层124和/或126形成。在图7C中，层500是与层124和/或126独立的元件和/或材料。在这个实施例中，显示的器件10没有连接器300；如果需要的话，设想可以包括连接器。
在图8显示的互连结构构件1500的第一个说明性实施例中，主体部分200和一部分阻挡层122沿着阻挡层周缘222接合(例如接触)。在这个实施例中，阻挡层由物理性质如说明书前面章节中对于玻璃所公开的玻璃构成。在这个实施例中，阻挡层周缘222具有圆形阻挡层周角420。沿着主体部分200的外缘布置了一组相对的连接器外壳310。还包括布置在主体部分200中的单个互连结构构件1500。
在第一优选实施方式中，这一互连结构构件1500沿着角420之间周缘222的至少约50％(优选至少约70至90％)，至少位于距三维多层光伏电池组件的阻挡层的距离DR以内。优选地，距离DR为大约0至12.0mm，更优选约0.5mm至7.0mm，并最优选约1.0至5.0Bm。在这个说明性的实施例中，互连结构构件1500还沿着连接器外壳310的至少一个或多个侧面布置。优选地，布置在距连接器外壳周缘的约0.5至5.0mm以内，虽然设想它可以直接邻接外壳310(或周缘222)。
在这种实施方式中，互连结构构件1500由总体厚度MT约1.0mm至6.0mm的板状结构构成。设想所述厚度在整个结构构件1500上可以是均一的，虽然在外壳310和/或周缘222附近较厚可能是有利的(例如分别等于或至少为外壳310和/或周缘222厚度的约75％)。
在图9A-B所示的第二说明性实施例中，除了互连结构构件1500的数目和位置之外，器件10的配置类似于第一实施例。在这一说明性的实施方式中，有两个互连结构构件1500。它们与连接器外壳310整合并向下突出到阻挡层122。结构构件1500包括在阻挡层相对侧上与其重叠的锁定部分510。在这个实施例中，设想在锁定区510的区域内，粘合剂可以至少部分布置在结构构件1500和阻挡层122之间。优选地，所述锁定部分位于至少两个平面上，以使得任何方向的侧向力不会导致它变得移位。
在图10显示的第三说明性实施例中，所述互连结构构件与阻挡层122和连接器外壳310机械互锁。在这个实施方式中，互连结构构件具有锁定部件520，其适合于与阻挡层锁定部件123和连接器锁定部件311配合。设想这可以是线-线配合、压力配合或具有布置在其间的中间粘性层。设想可以利用多种形状来提供锁定部件520，且本实施例不意图限制于此。
在图12显示的释放部件2500的第一说明性实施例中，主体部分200和阻挡层122的一部分沿着阻挡层周缘222接合(例如接触)。在这个实施例中，阻挡层由物理性质如说明书前面章节中对于玻璃所公开的玻璃构成。在这个实施例中，阻挡层周缘222具有圆形阻挡层周角420。沿着主体部分200的外缘布置了一组相对的连接器外壳310。还包括布置在主体部分200中的单个释放部件2500。
在第一优选实施方式中，这一释放部件2500沿着角420之间周缘222的至少约50％(优选至少约70至90％)，至少位于距三维多层光伏电池组件的阻挡层的距离DR以内。优选地，距离DR是约10.0至30.0mm，更优选约12.5mm至25.0mm，并最优选约15.0至20.0mm。在这个说明性的实施例中，释放部件2500还布置在连接器外壳310上方。优选地，布置在距连接器外壳顶周缘的约5.0至15.0mm以内，虽然设想它可以直接邻接所述外壳310。
在这种实施方式中，释放部件由主体部分200的局部薄化构成。优选地，所述局部薄化的深度为主体部分200深度的至少50％，并构成具有断面CP和宽度CW的通道。在优选实施方式中，宽度CW至少为约1.0mm并多达约15.0mm，更优选约2.5mm至12.5mm，最优选约3.5至8.0mm。设想释放部件2500的位置和它的宽度CW可以进行优化。图11A-F中显示的实例是说明性的，不应该被认为是限制性的。
在图13所示的第二说明性实施例中，除了释放部件2500的数目和位置之外，器件10的配置类似于第一实施例。在这一说明性的实施方式中，有四个释放部件2500。它们布置在主体部分200中并从连接器外壳的内角430、432朝向阻挡层122延伸。在这种实施方式中，优选邻接连接器外壳310下部内角的部件2500指向圆形的阻挡层周角420(弯曲弧中的某处)。还优选邻接连接器外壳310的上部内角的部件2500指向器件10的中央。更优选地成角度α，所述角度的值在约15和65度之间，甚至更优选约30和45度之间。所述部件的远端(与连接器外壳310相对)优选距周缘222约10.0至30.0mm，更优选约12.5mm至25.0mm，最优选约15.0至20.0mm。
在图14显示的第三说明性实施例中，所述释放部件布置在阻挡层122中。在这种实施方式中，释放部件的深度至少等于阻挡层122的厚度并跨越宽度WBL的至少25％(优选跨越约100％)。还优选所述通道的断面类似于图11E中所示。在这种实施方式中，优选至少所述释放部件通道的底部填充弹性体阻挡材料，以提供至少部分的环境屏障保护(低模量、高粘附力和高伸长率材料)。例如，如丁基橡胶、离聚物、硅橡胶、聚氨酯弹性体、聚烯烃弹性体的材料可以用于这种目的。还设想对于任何其他实施方式或实施例使用这样的填料。
在图15所示的第四说明性实施例中，除了释放部件2500的数目和位置之外，器件10的配置类似于第一实施例。在这一说明性的实施方式中，有6个释放部件2500。它们布置在主体部分200中，并且是与周缘222正交地延伸、从周缘222延伸到连接器外壳310顶部附近的某点的通道。它们可以大致相等地在整个器件10上间隔开，但其他间隔位置也在设想之内。
在图16所示的第五说明性实施例中，还是除了除释放部件2500的数目和位置之外，器件10的配置类似于第一实施例。在这一说明性的实施方式中，有两个释放部件2500。它们布置在主体部分200中，并且是从周缘222(优选在圆形的阻挡层周角420中)延伸到连接器外壳310的下部外角(优选在器件10的外周缘处)的通道。
在独特的单个元件几何结构的第一说明性实施例中，如图17、18和19所示，主体部分200和阻挡层122的一部分沿着阻挡层周缘222的一段400(阻挡层边缘的周长的一段400)接合(例如形成接触)。其中两个部分会合的这一区域可以称为界面区410。设想这个界面可以跨过整个阻挡层断面230或只有其一部分延伸，或者延伸到阻挡层下表面部分224、阻挡层上表面部分226或二者的一部分上。在这个实施例中，阻挡层由物理性质如说明书前面章节中对于玻璃所公开的玻璃组成。在这个实施例中，阻挡层周缘222在段400内具有圆形的阻挡层周角420。设想所述LBL可以等于LBP，并且阻挡层周缘222不需要在段400内具有圆形的阻挡层周角420。
在第一优选实施方式中，这些圆形角420至少位于段400面对主体部分200的最大部分的区域中，这在图中可以清楚看到。优选地，圆形的阻挡层周角420的半径422为约2.0至50.0mm，更优选约12.5mm至30.0mm，最优选约17.0至27.0mm。
在第二优选实施方式中，圆形的阻挡层周角420的半径422确定为LBL(至少如在界面区410的约25.0mm内测量的)与LBP的比率，其计算为(LBL/LBP)。优选地，所述比率为大约0.00345至0.0862，更优选约0.01000至0.0500，最优选约0.0400至0.0450。
当如在这个实施例中使用玻璃(作为阻挡层122)时，主体材料的组合物优选断裂伸长率为至少3％，但通常不超过50％。还设想，当不使用玻璃时，所述主体材料的断裂伸长率优选为至少100％，更优选至少200％，更加优选至少300％并且优选不超过500％。在组合物断裂时的拉伸伸长率通过试验方法ASTM D638-08(2008)，在23℃下利用50mm/min的试验速度进行测定。
在图3和20所示的第二说明性实施例中，保持主体部分200和阻挡层122的几何关系。在这个实施例中，存在连接器外壳310。设想并优选最接近界面区的连接器组件周缘具有半径432的至少一个圆形的连接器角430。通常，所述圆形的连接器角430的半径432可以为约0.1mm至15.0mm，更优选约0.5mm至5.0mm，最优选约1.0mm至4.0mm。在这个实施例中，连接器组件的该至少一个元件(例如连接器外壳310)以布置距离440(例如其间的最近点)与界面区隔开而布置。
在第一优选实施方式中，理想的布置距离440(以mm计)可以计算为一些元件材料的各种物理性质之间的关系。优选地，所述布置距离440大于或等于X*(主体CLTE/阻挡层CLTE)+C。在优选实施方式中，X是范围从约1.0至4.0，更优选从约2.5至3.8，并最优选从约3.0至3.75的常数。在优选实施方式中，C是范围从约0.5至10.0，更优选从约1.0至5.0，并最优选从约1.25至3.0的常数。
在第二优选实施方式中，理想的布置距离440可以按照LBP(至少如在圆形的连接器角430的约25.0mm内测量的)与布置距离440的比率来计算(布置距离440/LBP＝比率)。优选地，所述比率为约0.02至0.1，更优选约0.03至0.08，并最优选约0.035至0.044。
在第三优选实施方式中，(该至少一个圆形的连接器角430的)半径432确定为半径432与LBP(至少如在圆形的阻挡层周角420的约25.0mm内测量的)的比率(半径432/LBP＝比率)。优选地，所述比率为约0.000172至0.0259，更优选约0.001000至0.015000，并最优选约0.001724至0.00517。
在本发明中设想的其他关系包括：界面区410和汇流条区域311之间的距离相对于主体部分200的长度(LBP，特别是在所述区410的约25.0mm内)可以表示为比率。优选地，该比率的范围是从约0.00348至0.0438，更优选从约0.01000至0.03000，并最优选从约0.01500至0.02500。此外，主体部分的厚度(T)相对于长度(LBP，特别是在区410的约25.0mm内)的关系被考虑作为比率(T/LBP)。优选地，该比率的范围是从约0.0017至0.035，更优选从约0.0150至0.030，并最优选从约0.0100至0.0200。
在弯曲/倾斜的第一说明性实施例中，如图22所示，通过减少主体部分200的厚度(至少局部地)在PV器件10中产生弯曲区域210，并且其中MPCA子组件101以朝向主体部分200的上表面的方向成台阶状。设想该弯曲区210优选在相距界面区至少约5.0mm处开始并大致延续到至少MPCA子组件101的顶部，虽然它可以进一步在主体部分200上继续。
在第一优选实施方式中，弯曲区域210通常在连接器外壳310所处的区域和/或汇流条区311所处的区域中跨越PV器件10长度的至少约70％。弯曲区域210中的主体段200具有约2.5mm至4.0mm的厚度(“TBR”)。
在第二优选实施方式中，弯曲区210的起点211位于距界面区的一定距离(以mm计)处，并大于或等于X’*(主体CLTE/阻挡层CLTE)+C’。在这种优选实施方式中，X’是范围从约1.0至5.0，更优选从约2.5至4.8，并最优选具有3.75的值的常数。在这种优选实施方式中，C’是范围从约1.0至8.0，更优选从约2.0至6.0，并最优选从约3.0至5.0的常数。
在第三优选实施方式中，优选的厚度(“TBR”)与子组件CLTE和主体CLTE的比率(子组件CLTE/主体CLTE)相关。所述厚度(“TBR”)是该比率的约0.3至1.9倍。优选地，所述比率为约1.0至5.0，更优选约1.5至3.5，并最优选约1.8至2.1。
在图23所示的第二说明性实施例中，弯曲区域210类似于第一实施例的弯曲区域，但是所述弯曲区域不延续到MPCA子组件101的顶部。所述弯曲区域只延伸通往MPCA子组件101顶部的路径(例如沿宽度WBP的方向)的约50至75％。
设想如上所述的实施方式或实施例可以不互相排斥并且可以相互组合使用。
除非另外说明，本文中描绘的各种结构的尺寸和几何形状并没有意图限制本发明，其他尺寸或几何形状是可能的。多个结构元件可以由单一的整合结构提供。或者，单一整合结构可以被分成独立的多个元件。另外，虽然本发明的特征可能只在一个说明性实施方式的情形中描述，但是对于任何给定的应用而言，这样的特征可以与其他实施方式的一个或多个其他特征组合。从上文还可以理解，本文中独特结构的制造及其操作也构成本发明的方法。
除非另有说明，否则本文中公开的材料和组件的线性膨胀系数(“CLTE”)是在2940型TA Instruments TMA上，利用仪器配备的标准软件，按照试验方法ASTM E1824-08(2008)在-40℃和90℃的温度范围中以5℃/分钟测定的。有经验的技术人员将理解，组合物可以表现出CLTE随着材料经历的热转化而从其他区域发生改变的温度范围。在这种情况下，上文对于CLTE的优选范围是指所述组合物、组件和/或阻挡层122的最大测量CLTE。光伏器件可以包括很多不同的材料，包括具有显著不同CLTE的材料。例如，PV组件可以包括太阳能电池、金属导体、聚合物密封剂、屏障材料例如玻璃、或其他迥异的材料，它们全都具有不同的CLTE。PV组件的CLTE可以通过在-40℃和90℃之间的多种温度下测量所述组件的尺寸来确定，除非另作说明，对于所有其他物理性质(测试)也采用这个温度范围。
本发明的优选实施方式已经公开。然而，本技术领域的普通技术人员将认识到，某些修改将在本发明教导的范围内。因此，应该研究下列权利要求来确定本发明的真实范围和内容。
上面申请中列举的任何数值包括以一个单位的增量的从下限值到上限值的所有值，条件是在任何下限值和任何上限值之间至少相隔2个单位。例如，如果说明元件的量或工艺变量的值如温度、压力、时间等是例如1到90、优选20到80、更优选30到70的话，意图就是例如15到85、22到68、43到51、30到32等等的值都在本说明书中被明确列举。对于小于1的值，一个单位被认为是0.0001、0.001、0.01或0.1，视情况而定。这些只是具体想到的例子，而所列举的最低值和最高值之间数值的所有可能的组合被认为以类似的方式在本申请中被明确陈述。
除非另有说明，所有范围包括两个终点和终点之间的所有数字。对于范围使用“约”或“大致”适用于所述范围的两个端值。因此，“约20至30”意图涵盖“约20至约30”，包括至少所指定的终点在内。
所有文献和参考资料(包括专利申请和公布)的公开内容为了所有目的通过引用并入本文。
描述组合的术语“基本由...组成”应该包括所指明的要素、成分、元件或步骤，以及不显著影响所述组合的基本和新型特性的这类其他元素、成分、元件或步骤。
使用术语“包含”或“包括”来描述本文中的要素、成分、元件或步骤的组合也考虑到基本由所述要素、成分、元件或步骤组成的实施方式。
多个要素、成分、元件或步骤可以由单一的整体要素、成分、组件或步骤来提供。或者，单一的整体要素、成分、组件或步骤可以分成独立的多个要素、成分、组件或步骤。描述要素、成分、组件或步骤时公开的“一”或“一个”不意图排除其他的要素、成分、组件或步骤。本文中所有提到的属于某个族的元素或金属参照由CRC Press，Inc.1989年出版和有版权的元素周期表。对一个或多个族的任何指称应该是在该元素周期表中利用IUPAC的族编号系统来反映的一个或多个族。

Claims (15)

1.光伏器件，其包含：
面板形式的三维多层光伏电池组件，其具有至少上表面、底表面和周缘，并包括电池弹性模量值、电池极限伸长率值、电池热膨胀系数值和电池屈服强度值；
主体部分组件，其包括主体部分弹性模量值、主体部分极限伸长率值、主体部分热膨胀系数值和主体部分屈服强度值，其中所述主体部分组件至少部分地包围所述三维多层光伏电池组件的周缘和上表面的一部分；
和中间层，其由层材料组成并包括层弹性模量值、层极限伸长率值、层热膨胀系数值和层强度值，其中所述中间层至少部分地布置在所述三维多层光伏电池组件与所述主体部分组件之间；其中所述层弹性模量比所述主体部分弹性模量或所述电池弹性模量小至少5％。
2.权利要求1所述的光伏器件，其中所述层材料选自：丁基橡胶、离聚物、硅橡胶、聚氨酯弹性体、和聚烯烃弹性体，或其复合材料。
3.前述权利要求任一项所述的光伏器件，其中所述层极限伸长率值比所述主体部分极限伸长率值、所述电池极限伸长率值或二者多至少100％。
4.权利要求4所述的光伏器件，其中所述层屈服强度值比所述主体部分屈服强度值和所述电池屈服强度值低至少5％。
5.前述权利要求任一项所述的光伏器件，其中所述三维多层光伏电池组件包括至少一个具有外壳的电连接器组件，所述外壳具有外表面并且所述电连接器组件包括连接器弹性模量值、连接器极限伸长率值、连接器热膨胀系数值和连接器屈服强度值，其中所述中间层至少部分地布置在所述连接器外壳的外表面和主体部分组件之间，另外其中所述层弹性模量比所述主体部分弹性模量、所述连接器弹性模量或二者小至少5％。
6.权利要求1所述的光伏器件，其中所述层弹性模量值在所述主体部分弹性模量值和所述电池弹性模量值之间。
7.权利要求6所述的光伏器件，其中所述层热膨胀系数值比所述主体部分热膨胀系数值和所述连接器热膨胀系数值高至少10％。
8.权利要求6或7所述的光伏器件，其中所述层极限伸长率值比所述主体部分极限伸长率值、所述连接器极限伸长率值或二者多至少100％。
9.前述权利要求任一项所述的的光伏器件，其中所述中间层与所述三维多层光伏电池组件整合，并由封装层形成。
10.前述权利要求任一项所述的光伏器件，其中所述中间层的材料当与三维多层光伏电池组件和所述主体部分粘附时，最小粘附力值为至少2J/m2。
11.权利要求6、7、8、9或10所述的光伏器件，其中所述中间层的材料与所述连接器外壳的粘附超过与所述主体部分组件的粘附。
12.前述权利要求任一项所述的光伏器件，其包含至少一个释放部件。
13.前述权利要求任一项所述的光伏器件，其包含至少一个互连结构构件。
14.权利要求6-8任一项所述的光伏器件，其中至少所述主体部分由以下构成：
具有主体CLTE的主体材料，所述主体部分具有主体下表面部分、主体上表面部分以及在上和下表面部分之间延伸并形成主体周缘的主体侧表面部分，其中所述主体部分的至少一部分在界面区与一段阻挡层周缘邻接；
其中(A)与主体部分的所述部分邻接的所述阻挡层周缘段在所述段内具有圆形的阻挡层周角和/或(B)所述器件还包括至少部分嵌入所述主体侧表面部分中的电连接器组件的至少一个元件并且所述连接器组件元件包括连接器组件下表面部分、连接器组件上表面部分以及在上和下表面部分之间延伸并形成连接器组件周缘的连接器组件侧表面部分，其中与所述界面区最接近的连接器组件周缘具有至少一个圆形的连接器角，并且所述连接器组件与所述光伏电池层电连通。
15.前述权利要求任一项所述的光伏器件，其中：
所述多层光伏电池组件由以下构成：
至少具有阻挡层CLTE的阻挡层和布置在阻挡层周缘内侧的光伏电池层，所述阻挡层包括阻挡层下表面部分、阻挡层上表面部分以及在上和下表面部分之间延伸的阻挡层侧表面部分，所述侧表面部分具有上和下表面部分之间的阻挡层断面和在阻挡层周围延伸的阻挡层周边，其形成阻挡层周缘；
所述主体部分由以下构成：
具有主体CLTE的主体材料，所述主体部分具有主体下表面部分、主体上表面部分以及在上和下表面部分之间延伸并形成主体周缘的主体侧表面部分，其中所述主体部分的至少一部分在界面区与一段阻挡层周缘邻接。
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